广西南宁530022
摘要：裂缝是建筑混凝土容易出现的一个质量问题,影响结构安全和正常使用,本文着重分析了裂缝产生的原因,并主要从施工角度,提出了控制裂缝的几项预防措施。
关键词：混凝土；裂缝分析；预防措施
现代建筑工程中时常涉及到混凝土施工,如高层楼房基础、大型设备基础、水利大坝、大型桩基承台等。它主要的特点就是体积大,一般实体内部最小尺寸大于或等于1m。它的表面系数比较小,水泥水化热释放比较集中,内部温升比较快。混凝土内外温差较大时,会使混凝土产生温度裂缝,影响结构安全和正常使用。
1混凝土裂缝危害和成因分析
混凝土内出现的裂缝按深度的不同,分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝三种。贯穿裂缝是由混凝土表面裂缝发展为深层裂缝,最终形成贯穿裂缝。它切断了结构的断面,可能破坏结构的整体性和稳定性,其危害性是较为严重的;而深层裂缝部分地切断了结构断面,也有一定危害性;表面裂缝一般危害性较小。
产生裂缝的主要原因有以下几方面:
①设计原因：设计结构中断面突变，导致应力集中所产生的构件裂缝。设计中对构件施加预应力不当，造成构件的裂缝(偏心、应力过大等)。设计中构造钢筋配置过少或过粗等引起构件裂缝(如墙板、楼板)。设计中未充分考虑混凝土构件的收缩变形。
②材料原因：粗细集料含泥量过大，造成混凝土收缩增大。集料颗粒级配不良或采取不恰当的间断级配，容易造成混凝土收缩的增大，诱导裂缝的产生。混凝土外加剂、掺和料选择不当、或掺量不当，严重增加混凝土收缩。
③水泥水化热原因：单位时间混凝土释放的水泥水化热,与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关,并随混凝土的龄期而增长。由于混凝土结构表面可以自然散热,实际上内部的最高温度,多数发生在浇筑后的最初3～5天。
④混凝土配合比原因：设计中水泥等级或品种选用不当，配合比中水灰比(水胶比)过大，单方水泥用量越大、用水量越高，表现为水泥浆体积越大、坍落度越大，收缩越大。配合比设计中砂率、水灰比选择不当造成混凝土和易性偏差，导致混凝土离淅、泌水、保水性不良，增加收缩值，配合比设计中混凝土膨胀剂掺量选择不当。
⑤外界气温变化原因：大体积混凝土在施工阶段,它的浇筑温度随着外界气温变化而变化。特别是气温骤降,会大大增加内外层混凝土温差,这对大体积混凝土是极为不利的。温度应力是由于温差引起温度变形造成的;温差愈大,温度应力也愈大。同时,在高温条件下,大体积混凝土不易散热,混凝土内部的最高温度一般可达60～65℃,并且有较长的延续时间。因此,应采取温度控制措施,防止混凝土内外温差引起的温度应力。
⑥混凝土的收缩原因：混凝土中约20%的水分是水泥硬化所必须的,而约80%的水分要蒸发。多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩。混凝土收缩的主要原因是内部水蒸发引起混凝土收缩。如果混凝土收缩后,再处于水饱和状态,还可以恢复膨胀并几乎达到原有的体积。干湿交替会引起混凝土体积的交替变化,这对混凝土是很不利的。影响混凝土收缩,主要是水泥品种、混凝土配合比、外加剂和掺合料的品种以及施工工艺(特别是养护条件)等。
⑦施工及现场养护原因：现场浇捣混凝土时，振捣或插入不当，漏振、过振或振捣棒抽撤过快，均会影响混凝土的密实性和均匀性，诱导裂缝的产生。对大体积混凝土工程，缺少两次抹面，易产生表面收缩裂缝。大体积混凝土浇注，对水化计算不准、现场混凝土降温及保温工作不到位，引起混凝土内部温度过高或内外温差过大，混凝土产生温度裂缝，现场养护措施不到位，混凝土早期脱水，引起收缩裂缝。
2.施工中应采取的主要技术措施
施工中应采取的主要技术措施楼面裂缝的发生除以阳角45度斜角裂缝为主外,还有较常见的两类:一类是预埋线管及线管集中处;另一类为施工中周转材料较集中和较频繁的吊装卸料堆放区域。现从施工角度进行综合分析,并分类采取以下几项主要技术措施:
2.1重点加强楼面钢筋网的有效保护措施。钢筋在楼面砼板中是受抗拉力,起着抵抗外荷载所产生的弯矩和防止砼收缩和温差裂缝发生的双重作用,而这一双重作用均需钢筋处在上下合理的保护层前提下才能确保有效。实际施工中,楼面下层的钢筋网在受到砼垫块及模板的依托下保护层较易正确控制。但当垫块间距放大至1.5米时,钢筋网的合理保护层厚度就无法保障,所以纵横向的垫块间跨限制在1平方米中放2块。与此相反,楼面上层钢筋网的有效保护,一直是施工中的一大难题。其原因:板的上层钢筋一般较细,施工中受到人员踩踏后容易弯曲、变形、下坠,钢筋离楼层模板的高度较大无法受到模板的依托保护;各工种交叉作业,造成施工人员众多、行走十分频繁,尤其砼泵管装拆时无处落脚难免被大量踩踏,上层钢筋网的钢筋设置间距过大,甚至不设(仅依靠楼面梁上部钢筋搁置和分离式配筋的拐脚支撑)。
2.2预埋线管处的裂缝防治。预埋线管,特别是多根线管的集中处容易导致裂缝。当预埋线管直径较大,开间宽度较大,且线管的敷设走向重合时,很容易发生楼面裂缝。因此对于较粗的管线或多根线管的集中处须加强。根据我公司的经验,建议增设的抗裂短钢筋采用Φ6~Φ8,间距≤100。
2.3材料吊卸区域的楼面裂缝防治，对这类裂缝的综合防治措施如下:(1)主体结构的施工速度不能强求过快,楼层浇筑完后的必要养护必须获得保证主体结构阶段的楼层施工速度宜控制在6-7天一层为宜。
(2)科学安排楼层施工作业计划,在楼层砼浇筑完毕的24小时后,可做一些测量、定位、弹线等准备工作,最多只允许暗柱钢筋焊接工作,不允许吊装大宗材料,避免冲击负载。砼终凝后可先分批安排运少量暗柱和剪力墙钢筋进行绑扎活动,做到轻卸、轻放,以控制和减少冲击振动力。第3天方可开始吊装钢管等大宗材料以及从事楼层墙板和楼面的模板正常支模施工。
(3)对计划中的临时大开间材料吊装堆放区域部位(一般约40平方米左右)的模板支撑架设前,应预先考虑采用加密立杆(立杆的纵、横向间距均不宜大于800毫米)和搁栅增加模板支撑架刚度的加强措施,以增强刚度、减少变形来加强该区域的抗冲击振动荷载,并应在该区域的新筑砼表面铺设旧木模板以保护和扩散外力,防止裂缝的发生。
2.4对楼面砼的养护,防裂措施。
(1)严格控制砼的入模温度在30℃左右。选择在傍晚开始浇注承台砼,对粗料进行喷水和护盖;施工现场设置遮阳设施,搭设彩条布棚,避免阳光直晒;在水箱中加入冰块,降低拌和水的温度;在基坑内设大功率的鼓风机进行通风散热。
(2)埋设6层冷却管,每层冷却管配潜水泵,在第一批开始砼初凝时由专人负责往冷却管内注入凉水降温,冷却水流速应大于15L/min,冷却水采用嘉陵江水,持续养生7天。通过冷却排水,带走砼体内的热量,许多工程实践表明,此方法可使大体积砼体内的温度降低3-4摄氏度。
(3)浇注砼时,采用薄层浇注,控制砼在浇注过程中均匀上升,避免砼拌和物堆积过大高差,砼的分层厚度控制在20-30cm。
(4)砼浇注后,搭设遮阳布棚,避免阳光曝晒承台表面。
(5)砼浇注后,砼表面用土工布覆盖保温,并洒水养生,使砼缓慢降温、缓慢干燥,减少砼内外温差。
(6)砼浇筑后,每2小时量测冷却管出口的水温和砼表面温度,若温差大于20℃时,及时调整养护措施,如加快冷却水的流通速度等措施,以控制温差小于25℃。
3防止混凝土裂缝出现的预防措施
3.1混凝土的配制
大体积混凝土所选用的原材料应注意以下几点:
①粗骨料宜采用连续级配,细骨料宜采用中砂。
②外加剂宜采用缓凝剂、减水剂;掺合料宜采用粉煤灰、矿渣粉等。
③混凝土在保证混凝土强度及坍落度要求的前提下,应提高掺合料及骨料的含量,以降低单方混凝土的水泥用量。
④水泥应尽量选用水化热低、凝结时间长的水泥,优先采用中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等。
但是,水化热低的矿渣水泥的析水性比其它水泥大,在浇筑层表面有大量水析出。这种泌水现象,不仅影响施工速度,同时影响施工质量。因析出的水聚集在上、下两浇筑层表面间,使混凝土水灰比改变,而在掏水时又带走了一些砂浆,这样便形成了一层含水量多的夹层,破坏了混凝土的粘结力和整体性。混凝土泌水性的大小与用水量有关,用水量多,泌水性大;且与温度高低有关,水完全析出的时间随温度的提高而缩短;此外,还与水泥的成分和细度有关。所以,在选用矿渣水泥时应尽量选择泌水性的品种,并应在混凝土中掺入减水剂,以降低用水量。在施工中,应及时排出析水或拌制一些干硬性混凝土均匀浇筑在析水处,用振捣器振实后,再继续浇筑上一层混凝土。
3.2混凝土的浇筑
浇筑方案,除应满足每一处混凝土在初凝以前就被上一层新混凝土覆盖并捣实完毕外,还应考虑结构大小、钢筋疏密、预埋管道和地脚螺栓的留设、混凝土供应情况以及水化热等因素的影响,常采用的方法有以下几种:
3.2.1全面分层
即在第一层全面浇筑全部浇筑完毕后,再回头浇筑第二层,此时应使第一层混凝土还未初凝,如此逐层连续浇筑,直至完工为止。采用这种方案,适用于结构的平面尺寸一般不宜太大,施工时从短边开始,沿长边推进比较合适。必要时可分成两段,从中间向两端或从两端向中间同时进行浇筑。
3.2.2分段分层:
混凝土浇筑时,先从底层开始,浇筑至一定距离后浇筑第二层,如此依次向前浇筑其他各层。由于总的层数较多,所以浇筑到顶后,第一层末端的混凝土还未初凝,又可以从第二段依次分层浇筑。这种方案适用于单位时间内要求供应的混凝土较少,不象第一种方案那样集中。这种方案适用于结构物厚度不太大而面积或长度较大的工程。
3.2.3斜面分层:
要求斜面的坡度不大于1/3,适用于结构的长度大大超过厚度3倍的情况。混凝土从浇筑层下端开始,逐渐上移。
3.3混凝土养护时的温度控制
大体积混凝土的养护,不仅要满足强度增长的需要,还应通过人工的温度控制,防止因温度变形引起混凝土的开裂。
温度控制就是对混凝土的浇筑温度和混凝土内部的最高温度进行人为的控制。
在混凝土养护阶段的温度控制应遵循以下几点:
①混凝土的中心温度与表面温度之间、混凝土表面温度与室外最低气温之间的差值均应小于20℃;当结构混凝土具有足够的抗裂能力时,不大于25℃～30℃。
②混凝土拆模时,混凝土的温差不超过20℃。其温差应包括表面温度、中心温度和外界气温之间的温差。
③采用内部降温法来降低混凝土内外温差。内部降温法是在混凝土内部预埋水管,通入冷却水,降低混凝土内部最高温度。冷却在混凝土刚浇筑完时就开始进行,还有常见的投毛石法,均可以有效地控制因混凝土内外温差而引起的混凝土开裂。
④保温法是在结构物外露的混凝土表面以及模板外侧覆盖保温材料(如草袋、锯木、湿砂等),在缓慢的散热过程中,使混凝土获得必要的强度,以控制混凝土的内外温差小于20℃。
⑤混凝土表层布设抗裂钢筋网片,防止混凝土收缩时产生干裂。
4结束语
施工质量控制是从事项目建设人员的长期而艰巨的任务,只要大家能通过扎实的理论知识正确分析成因,并根据实际施工情况采取有较的施工和技术措施,诸如建筑工程混凝土裂缝等质量问题是完全可以预防和解决的。
参考文献
[1]《大体积混凝土施工规范》（GB50496―2009）［Ｍ］．中国计划出版社．
[2]朱伯芳．《大体积混凝土温度应力于温度控制》［Ｍ］．中国电力出版社．
[3]王铁梦．《建筑物的裂缝控制》［Ｍ］．上海科学技术出版社．